[發明專利]一種活性碳纖維負載納米二氧化鈦的方法

在審

• 申請號: 201510635983.0
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105268400A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 陳植民;陸洪彬;薛彬;朱強
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇通碳纖維有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J20/28
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技術領域

本發明涉及一種活性碳纖維的表面處理方法，具體的為在活性碳纖維表面負載納米二氧化鈦的方法，屬于材料制備領域。

背景技術

活性碳纖維（ACF）是超越顆粒活性炭（GAC）的一種新型高效吸附材料，具有豐富的微孔結構，比表面積大，吸附容量高，脫附速度快，被廣泛應用于環境保護、電子、生物醫用、化工等領域。

隨著人類對生活環境要求的日益提高，除了對外界周圍開放環境的質量要求較高外，還對其所生活和娛樂的封閉或半封閉環境質量也提出了較高的要求。此類封閉環境如酒吧、迪廳、K歌房、汽車車廂等，由于人流量巨大、裝修裝飾材料及家具的污染，使得其中的細菌、真菌、VOCs（揮發性有機化合物）含量偏高且對人體造成傷害日益收到人們的重視。活性碳纖維盡管具有較大的吸附能力及效果，但其自身不能消納此類污染物，容易造成二次污染。

納米二氧化鈦是問世于20實際80年代后期且有著廣泛應用的無機材料，其在自然光或是紫外光的照射下，能夠產生羥基自由基，可以和多種細菌和臭體發生反應、降解有機污染物，而其本身化學性質穩定，光催化作用持久，因而越來越收到世人青睞。

納米二氧化鈦作為光催化劑來凈化環境需要負載在一定的載體上，活性碳纖維具有較大的比表面積和較高的氣體通過率，是納米二氧化鈦的理想載體。現有的公開技術中是將納米二氧化鈦粉體或其前驅體直接沉積在未經處理的活性碳纖維的表面，經熱處理后得到含納米二氧化鈦微粒的活性碳纖維。

發明內容

本發明公開了一種活性碳纖維負載納米二氧化鈦的方法，采用活性碳纖維硅烷偶聯劑表面改性和溶膠－凝膠法來制備納米二氧化鈦這兩種技術相結合的方式。

具體步驟如下。

步驟1：將活性碳纖維經去離子水煮沸2～8分鐘后烘干備用。

步驟2：將硅烷偶聯劑和醇水混合物混合攪拌均勻，配制成表面改性劑備用；將鈦酸丁酯和溶解醇按一定比例混合攪拌均勻，配制成母液備用；將去離子水和水解穩定劑按一定比例混合攪拌均勻，配制成水解液備用。

步驟3：將步驟1中烘干的活性碳纖維浸入在步驟2所制備的表面改性劑中，待活性碳纖維全部潤濕后取出并擠干，再次浸泡，如此循環2～5次，烘干備用。

步驟4：將步驟2中的母液一邊攪拌一邊滴入水解液，同時加入水解抑制劑維持溶液的pH值為2.6~4.5，得到溶膠液，備用。

步驟5：將經步驟3處理的活性碳纖維浸入步驟4中所制備的溶膠液中，待活性碳纖維全部潤濕后取出并擠干，再次浸泡，如此循環2～5次，真空烘箱中烘干，備用。

步驟6：將經步驟5處理的活性碳纖維在氣氛爐中熱處理，冷卻后即得到負載納米二氧化鈦的活性碳纖維成品。

所述的活性碳纖維為黏膠基活性碳纖維、酚醛基活性碳纖維、PAN基活性碳纖維、瀝青基活性碳纖維的任意一種。

所述的硅烷偶聯劑為：γ-縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-疏丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-疏丙基三甲氧基硅烷中的任意一種。

所述的醇水混合物中醇為：甲醇或乙醇中的任意一種，更具體的其中醇占醇水混合物重量的80~95%。

所述的溶解醇為：無水甲醇或無水乙醇中的任意一種。

所述的水解抑制劑為：鹽酸、乙酸、檸檬酸中的任意一種。

所述的水解穩定劑為：乙酰丙酮、硝酸銀中的任意一種。

所述的硅烷偶聯劑和醇水混合液的質量比例為(1~5):100，鈦酸丁酯和溶解醇的質量比為1:(5~15)，去離子水和水解穩定劑的摩爾比為10:(0.5~2.5)。

所述的滴入水解抑制液的速度為（6~60）毫升每分鐘。

母液中的鈦酸丁酯與和水解液中的水解穩定劑摩爾比為(2~10):1。

所述的烘干溫度為120~200攝氏度。

所述的氣氛爐為惰性氣氛，更具體的為氮氣、氬氣或氦氣氣氛。

所述的氣氛爐中熱處理溫度為450~650攝氏度，時間為：0.5~3小時。

本發明提供的方法操作方便、成本低廉，納米二氧化鈦在活性碳纖維中負載效率高，結合力強，光催化活性高，由此獲得的活性碳纖維具備吸附與降解雙重功能，實現了循環利用，可應用于各類封閉及半開放環境中的殺菌和環境凈化。

附圖說明

圖1為未負載納米二氧化鈦的活性碳纖維的電子掃描照片。

圖2為采用本發明所公開的方法負載納米二氧化鈦后活性碳纖維的電子掃描照片。

具體實施例

實施例1。